Natur-inspiriertes, energieeffizientes Süßwasserernte-System

University of Waterloo, Ontario, Kanada

Nebelernte-Setup. 1. Feuchtigkeitssensor; 2. Testkammer (3D-Druck und Laserschneiden); 3. Lastzelle; 14. Testoberfläche; 5. Elektronische Waage (Lastzelle 2); 6. Mikroskopkamera; 7. Feuchte Luft. (Bild: University of Waterloo)

Ein Forscherteam designt neuartige Systeme, um Wasserdampf in der Luft einzufangen und in Flüssigkeit umzuwandeln. University of Waterloo Professor Michael Tam und seine Ph.D.-Studenten Yi Wang und Weinan Zhao haben Schwämme oder Membranen mit großer Oberfläche entwickelt, die kontinuierlich Feuchtigkeit aus ihrer Umgebung einfangen.

Traditionell wird Süßwasser für den Verbrauch aus Flüssen, Seen, Grundwasser und Ozeanen (mit Behandlung) gesammelt. Die aktuellen Technologien, die Dr. Tam, ein University Research Chair im Bereich funktionaler Kolloide und nachhaltiger Nanomaterialien, entwickelt, sind von der Natur inspiriert, um Wasser aus alternativen Quellen zu ernten, da die Welt vor einer ernsthaften Herausforderung mit Süßwassermangel steht.

„Ein Spinnennetz ist ein Ingenieurswunder“, sagte Tam. „Wasser wird effizient vom Netz eingefangen. Die Spinne muss nicht zum Fluss gehen, um zu trinken, da sie Feuchtigkeit aus der Luft einfängt.“

Ähnlich haben Namib-Wüstenkäfer keinen einfachen Zugang zu Wasser, aber erwerben Wasser aus dünner Luft, indem sie sich in den Wind lehnen, um Wassertropfen aus dem Nebel mit ihrer texturierten Körperpanzerung einzufangen. Das erlaubt der Feuchtigkeit, sich anzusammeln und in ihre Münder zu tropfen.

Tam und seine Forschungsgruppe sind in biomimetischer Oberflächenengineering für nachhaltige Wasserernte engagiert. Eine Technologie, die Tam designt, heißt atmosphärische Wasserernte. Um die einzigartige Oberflächenstruktur des Käfers nachzuahmen, designt Tams Forschungsgruppe eine ähnliche Oberflächenstruktur mit einer Cellulose-stabilisierten Wachs-Emulsion, um Oberflächen zu fertigen, die winzige Wassertropfen anziehen, während sie größere schnell freisetzen.

Tam arbeitet mit Netto-Null-Kohlenstoff-Materialien, wie natürlichen und pflanzenbasierten Materialien, um nachhaltige Technologien zu entwickeln. Seine Forschungsgruppe entwickelt Technologien, die Wassertropfen einfangen und abstoßen, indem sie die Kraft der Grenzflächenwissenschaft und Nanotechnologie nutzen. Er hat erfolgreich superhydrophobes und wasserdichtes Papier entwickelt. Er engineered auch eine smarte und einstellbare Oberfläche, die Wasser aus der Luft einfängt und es mit minimalem Energieverbrauch entfeuchtet.

Der nächste Schritt ist die Entwicklung eines skalierbaren Prozesses, um solche Oberflächen zu engineerieren. Die vorgeschlagenen Süßwassergenerationssysteme sind kostengünstig, energieeffizient und umweltfreundlich.

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